牛津通读《地球物理学》

地球物理学概论

• 本书带你认识地球物理学的基本概念、研究方法和重要发现，从地球的形状、内部结构到地震活动、磁场等，用通俗易懂的语言，助你快速掌握地球物理学的核心知识。
• 你能获得：了解地球的构造和演变过程、认识各种自然现象的物理原理，培养科学的思维方式。

核心内容：

1. 地球物理学是地球科学的分支，利用物理方法研究地球的物理特性及其演化过程。

• 地球物理学研究范围广泛，从地球轨道卫星观察到的地表变化到地球深部现象。
• 地球物理研究在自然环境中进行，难以完全控制，且地质演变过程漫长，短期模拟实验难以得出数据。
• 地球物理学主要学科包括行星重力场、磁场，以及地球内部结构和动力学研究。
• 20世纪60年代，板块构造理论基于全球地震学和海洋地球物理研究数据提出，引发了人类对地球表面运动方式的认知革命。
• 空间测量技术和数字电子技术的进步，使大地测量学突飞猛进，并提升了复杂数据处理和地质过程的计算机建模能力。

2. 行星地球的行为由能量守恒定律和角动量守恒定律决定，太阳系起源于大约138亿年前的“大爆炸”。

• 太阳与其他行星共同起源于一个巨大的分子氢和星际尘埃云，通过引力聚集形成太阳和行星。
• 地球通过重力紧缩释放热量，放射性衰变增强这一作用，最终形成分层结构：地核、地幔和地壳。
• 行星与太阳的距离存在规律性，但至今没有令人满意的物理规律解释。
• 行星分为类地行星和巨行星两类，它们的组成、大小和与太阳的距离各不相同。
• 开普勒的行星运动定律描述了行星的轨道、速度和周期，万有引力定律解释了这些定律。
• 地球自转轴倾斜导致四季更替，地球轨道略微呈椭圆形，影响了地球与太阳的距离。

3. 地震学是了解地球结构的最有效工具，通过研究地震波的传播方式揭示地球内部的奥秘。

• 地震波分为体波（P波和S波）和面波（瑞利波和勒夫波），它们的传播速度和特性不同。
• 地震波在地球内部的传播路径受到反射、折射和衍射的影响，地震学家通过研究这些现象解读地球内部结构。
• 地球的主要内部结构包括地壳、地幔、外核和内核，每个区域的物理性质和组成不同。
• 地震层析成像技术利用地震波的传播时间残差获取地球内部速度结构的详细信息。
• 地震噪声分析可作为被动地震源，提供地壳和上层地幔结构的信息。

4. 地球的形状和重力场受到自转和内部质量分布的影响，大地测量学用于研究地球的形状和重力场。

• 地球因自转产生的离心力而呈现扁球体形状，重力在两极比赤道强。
• 重力测量通过绝对重力仪或相对重力仪进行，测量地球表面的重力值。
• 参考椭球体是地球形状的数学模型，大地水准面是实际的等势面，两者存在偏差。
• 卫星大地测量学利用GPS等技术精确定位地球上的位置，并测量大地水准面和重力场。
• 潮汐由月球和太阳的引力引起，影响地球的自转和地月距离。
• 布格重力异常和自由空气重力异常用于分析地下密度差异。
• 地壳均衡说解释了地形和地下密度之间的平衡关系。

5. 地球内部的热量来源于放射性元素衰变和地球形成时的原始热量，热传递通过传导和对流进行。

• 地球表面的热流因当地的地质和构造情况而变化，海洋热流高于大陆热流。
• 地球内部的温度随深度增加而升高，但升温速率逐渐减小。
• 地幔对流是地幔热量传输的重要机制，地幔柱为地球表面的热点提供热量。

6. 地球的磁场由地核中的流体运动产生，保护地球免受太阳风的侵害。

• 地磁场主要是一个倾斜的偶极子磁场，由熔融核心中的自持续发电机过程生成。
• 地磁场会随时间缓慢变化，这种现象称为长期变化。
• 磁力计用于测量磁场的强度和方向，磁异常反映了地下磁化的不均匀性。
• 太阳风与地球磁场相互作用，形成磁层和范艾伦辐射带。
• 岩石中的磁性矿物质可以在形成过程中被地磁场磁化，并长期保持磁性。

7. 古地磁学研究岩石的磁性特征，用于重建大陆的早期位置和地磁极性倒转的历史。

• 视极移路径记录了大陆相对于地自转轴的移动，大陆漂移的古地磁证据支持板块构造理论。
• 地磁极性倒转是指地球磁场多次发生极性反转的现象，通过分析海洋磁异常可以确定地磁极性时间尺度。

问答：

Q: 地球物理学研究与我们的日常生活有什么联系？

A: 地球物理学不仅帮助我们了解地球的构造和演变，还在资源勘探、灾害预测和环境保护等方面发挥着重要作用。例如，地球物理勘探技术可以用于寻找矿产资源和水资源，地震监测可以帮助我们预测地震，从而减少人员伤亡和财产损失。

Q: 什么是板块构造理论？

A: 板块构造理论是地球科学中的一个重要理论，它认为地球的岩石圈被划分为多个板块，这些板块在地球表面移动和相互作用，导致了地震、火山、山脉形成等一系列地质现象。

Q: 如何测量地球内部的温度？

A: 由于地球内部的不可接近性，科学家们无法直接测量地球内部的温度。他们通常通过地震波传播时间、地幔和地核的物理特性以及热力学方程等间接手段来确定地球内部的温度。

Q: 什么是地磁极性倒转？

A: 地磁极性倒转是指地球磁场多次发生极性反转的现象，从正常极性到反向极性或相反。这种现象在地质历史中多次发生，通过分析岩石的磁性特征可以确定地磁极性时间尺度。